CN100477298C - 一种发光二极管外延结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管外延结构，其特征在于具有至少两套布拉格反射体，其中一套布拉格反射体反射谱覆盖发光二极管辐射光，另一套布拉格反射体在经过氧化后反射谱覆盖发光二极管辐射光。由于氧化后布拉格反射体具有很高的反射率及反射谱宽度，发光二极管出光效率得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及光电子技术领域，尤其是一种发光二极管外延结构。
背景技术
发光二极管的常规结构如图1，包括一个基板1，第一种导电性载流子注入限制层2，控制发光波长的活化层3，第二种导电性载流子注入限制层4，以及电流扩展层5。电流扩展层采用透光性较好的导电性材料，避免光的吸收，同时达到电流扩展的目的。如铝镓铟磷系列发光二极管，砷化镓基板对辐射光的吸收将显著减少发光二极管出光效率。减少基板对辐射光的吸收是提高发光二极管亮度的主要措施之一。
中国专利申请号00132547.7公布了一种高反射布拉格反射体结构。其特征在于将一套布拉格反射体的一部分氧化，产生高反射率。然而此种方法并非非常有效。氧化后的AlGaAs(Al＞80％)将出现折射率减小，比如：在595nm，AlAs的折射率从3.14减小到氧化后的1.65(Al2O3)，而且，AlAs氧化后体积减小。在此种情况下，反射谱中心波长下移约一半，在很多情况下，此Al2O3布拉格反射体尽管带宽大，却不能有效反射入射光线。图2为氧化前后AlAs/Al0.6GaAs布拉格反射体的反射谱比较。氧化前中心波长在595nm。布拉格反射体含24个周期AlAs/Al0.6GaAS。Al2O3/Al0.6GaAs布拉格反射体对595nm辐射光的反射率，由于氧化后中心波长向短波方向移动，还不如AlAs/Al0.6GaAs布拉格反射体高。
发明内容
本发明旨在提出一种发光二极管外延结构，使得发光二极管的出光效率得到提高。
本发明提出的一种发光二极管外延结构，包括一个基板，第一种导电性载流子注入限制层，控制发光波长的活化层，第二种导电性载流子注入限制层、以及电流扩展层，其特征是：在活化层与基板之间，至少包含两套布拉格反射体，两套布拉格反射体是先外延需要氧化的布拉格反射体，再在其上外延不需要进行氧化的布拉格反射体，其中一套布拉格反射体反射谱覆盖发光二极管辐射光，另一套布拉格反射体在经过氧化后反射谱覆盖发光二极管辐射光。
经过氧化后反射谱覆盖发光二极管辐射光的布拉格反射体，其周期单元中应有一层(易氧化层)能够在一定的氧化条件下，有较周期单元中另一层材料(不易氧化层)大得多的氧化速度；易氧化层为高铝含量的铝镓砷层。铝含量为80％至100％之间；不易氧化层为低铝含量的铝镓砷层，铝含量小于80％；不易氧化层为铝镓铟磷层；反射谱覆盖发光二极管辐射光的布拉格反射体由AlGaAs/AlGaAs，或AlGaAs/AlGaInP，或AlGaInP/AlGaInP，或AlGaInP/AlGaAs组成周期单元；布拉格反射体周期单元的光学厚度不精确等于四分之一中心波长。但厚度偏差不大于20％。氧化后反射谱覆盖发光二极管光辐射光的布拉格反射体的周期单元中，氧化物层光学厚度偏差不大于50％。
由于氧化后布拉格反射具有很高的反射率及反射谱宽度，提高了布拉格的反射角，从而使得发光二极管的出光效率得到提高。
附图说明
图1为常规；
图2为氧化前后ALAS/AL0.6GaAs布拉格反射体的反射谱比较示意图；
图3为本发明实施例发光二极管结构示意图；
图4为本发明一实施例布拉格反射体的反射谱比较示意图；
图5为本发明又一实施例布拉格反射体的反射谱比较示意图。
具体实施方式
本发明是在常规发光二极管结构及砷化镓基板之间生长至少二套布拉格反射体，见图3，两套布拉格反射体是先外延需要氧化的布拉格反射体，再在其上外延不需要进行氧化的布拉格反射体，其中第一套布拉格反射体反射谱覆盖发光二极管辐射光，另一套布拉格反射体在经过氧化后反射谱覆盖发光二极管辐射光。第一套布拉格反射体具有常规布拉格反射体的特点，由AlGaAs/AlGaAs，或AlGaAs/AlGaInP，或AlGaInP/AlGaInP，或AlGaInP/AlGaAs组成周期单元。第二套布拉格反射体的周期单元中应有一层能够在一定条件的氧化条件下，有较周期单元中另一层材料大得多的氧化速度，如AlXGal-XAs(0.8＜X＜1)，由于氧化速度的差异极大，从而第二套布拉格反射体由氧化铝镓和非氧化半导体组成，而第一套布拉格反射体并未被氧化，因此本发明的发光二极管结构特点是具有被氧化和未被氧化的两套布拉格反射体是相互独立并存的，这样子结构的发光二极管的具有较高的光效。
布拉格反射体的氧化方法采用广泛应用于面发射激光器的水汽侧向氧化方法。氧化温度典型在300-700℃。
图4为本发明的一种发光二极管结构，其中第一套布拉反射体由AlAs/Al0.6GaA3组成，共20个周期，中心波长为595nm。第二套布拉格反射体由AlAs/Al0.6GaA3组成，其4个周期，氧化后中心波长为595nm。可以看到，氧化后布拉格反射体的反射率在400-700nm范围内大于0.9。对于以环氧树脂封装的发光二极管，有效反射谱宽上限需要从辐射波长上推90nm，第二套布拉格反射体氧化后中心波长不一定要在辐射波长。只要反射谱从辐射波长至辐射波长加90nm的波长范围内有较大的反射率，其增光效应便可显现。
图5为本发明的另一种发光二极管结构，其中第一套布拉格反射体由AlAs/Al0.35GaInP组成，共20个周期，中心波长为595nm。第二套布拉格反射体由AlAs/Al0.35GaInP组成，共4个周期，中心波长氧化后中心波长为595nm，可以看到，氧化后布拉格反射体的反射率在400-700nm范围内大于0.9。
由于铝镓砷氧化物折射率低(1.64)，即使第二套布拉格反射体中易氧化铝镓砷厚度有较大的波动，氧化后其反射谱宽，还可以覆盖发光二极管波长。
Claims (7)
1.一种发光二极管外延结构，包括一个基板，第一种导电性载流子注入限制层，控制发光波长的活化层，第二种导电性载流子注入限制层、以及电流扩展层，其特征是：在活化层与基板之间，至少包含两套布拉格反射体；两套布拉格反射体是先外延需要氧化的布拉格反射体，再在其上外延不需要进行氧化的布拉格反射体，其中一套布拉格反射体反射谱覆盖发光二极管辐射光，另一套布拉格反射体在经过氧化后反射谱覆盖发光二极管辐射光。
2.如权利要求1所述的一种发光二极管外延结构，其特征是：经过氧化后反射谱覆盖发光二极管辐射光的布拉格反射体，其周期单元中应有一易氧化层能够在一定的氧化条件下，有较周期单元中另一层材料不易氧化层大得多的氧化速度。
3.如权利要求2所述的一种发光二极管外延结构，其特征是：易氧化层为高铝含量的铝镓砷层，铝含量为80％至100％之间。
4.如权利要求2所述的一种发光二极管外延结构，其特征是：不易氧化层为低铝含量的铝镓砷层，铝含量小于80％。
5.如权利要求2所述的一种发光二极管外延结构，其特征是：不易氧化层为低铝含量的铝镓铟磷层。
6.如权利要求1所述的一种发光二极管外延结构，其特征是：反射谱覆盖发光二极管辐射光的布拉格反射体由AlGaAs/AlGaAs，或AlGaAs/AlGaInP，或AlGaInP/AlGaInP，或AlGaInP/AlGaAs组成周期单元。
7.如权利要求1所述的一种发光二极管外延结构，其特征是：布拉格反射体周期单元的光学厚度不精确等于四份之一中心波长，但厚度偏差不大于20％，氧化后反射谱覆盖发光二极管辐射光的布拉格反射体的周期单元中，氧化物层光学厚度偏差不大于50％。
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